EP1052004A1 - Procédé et dispositif pour la concentration par évaporation accélérée de rejets aqueux - Google Patents

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EP1052004A1 EP00400944A EP00400944A EP1052004A1 EP 1052004 A1 EP1052004 A1 EP 1052004A1 EP 00400944 A EP00400944 A EP 00400944A EP 00400944 A EP00400944 A EP 00400944A EP 1052004 A1 EP1052004 A1 EP 1052004A1
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gas
evaporation
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effluent
panel
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Philippe Stock
Christian Bocard
Philippe Canal
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NUCLEOS FRANCE
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/34—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances
    • B01D3/343—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances the substance being a gas
    • B01D3/346—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances the substance being a gas the gas being used for removing vapours, e.g. transport gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/14—Evaporating with heated gases or vapours or liquids in contact with the liquid

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for ensure the concentration of aqueous liquids, for example by evaporation leachates of household waste and bottom ash.
  • Natural evaporation is a spontaneous process of conversion of heat in latent energy at the water / air interface.
  • the rate of evaporation is proportional to the surface area of the water / air interface.
  • the present invention uses the concept of an evaporation module closed whose circulation of a hot evaporation gas is ensured by mechanical means, hot gas from direct use or indirect from a nearby source, biomass, burners, engine exhaust thermal, etc.
  • This process can have the following advantages: efficiency practically independent of local weather conditions, a optimization of the operation of the module, washing of the exhaust gases.
  • the temperature of the evaporating gas can be regulated by injecting exhaust gases from the combustion of biogas produced by waste fermentation.
  • the temperature of the evaporating gas can be regulated using a heat exchanger whose heat energy comes from a cooling of combustion means of a biogas produced by waste fermentation.
  • the enclosure may include means for extracting the contained gas in said enclosure, for example a fan.
  • the part of the non-evaporated effluent can be recycled upstream of watering the panel.
  • the invention also relates to an installation for treatment by evaporation of an aqueous effluent, comprising at least one panel alveolar watered by said effluent by means of pumping.
  • the installation comprises a closed enclosure comprising an intake and an outlet of an evaporation gas in forced circulation in said enclosure.
  • the panel is arranged in said enclosure between the inlet and the outlet of the gas, and said intake includes means for supplying heat energy so that said gas has a temperature between 25 ° C and 45 ° C.
  • a fan can be arranged on said enclosure to perform the forced gas circulation.
  • a heat engine powered by biogas can be a source of heat energy.
  • An exchanger can equip said intake and said exchanger can use the heat energy of the cooling fluid of said engine thermal, whether gas or liquid.
  • the heat engine can drive an energy generator electric, which can be used in particular to motorize the fan gas circulation pumps, fluid circulation pumps, valve remote controls.
  • the enclosure may include means for filtering the effluent not evaporated and / or evaporation gas by catalyzed active carbon.
  • reference 1 designates the entire closed module evaporation.
  • a main box 2 for example of shape rectangular with a base of dimensions of approximately 12 m by 6 m and with a height of around 3 m, contains evaporation panels 3.
  • the evaporation panels 3 are preferably of the type described in document FR 2717098, cited here with reference. They are located along two sides of the box, slightly inclined towards the center to receive the spraying of the liquid effluent by spray bars 4 arranged on the side evaporator gas inlet.
  • References 5 and 5 designate the means evaporator gas inlet which passes through the evaporator panels sprayed with the effluent to be concentrated.
  • a drop separator 6 at least one fan 7, and a gas outlet duct 8, either directly to the open air, or to a chimney, or sometimes to a purification system. Liquid effluent excess drains into the gutter 9.
  • activated carbon catalyzed can be placed behind the exchange surface, inside the module so that the non-evaporated leachate percolates through the coals active and be deodorized.
  • the fact of using sources close to the installation, in heat energy allowing to admit into the module a hot gas (between 25 ° and 45 ° C) and dry, allows attractive yields whatever the region or the season.
  • the performances evaluated above correspond to a module closed according to the dimensions given above, at a power of 3 kW / h sprinkler pumps, and a fan diameter of 4 m developing a power of around 7.5 kW. These dimensions are not of the present invention.
  • FIG. 2 describes the block diagram of the complete installation for the implementation of the method according to the invention.
  • Tray 10 is intended for receive the effluent to be treated.
  • the effluent can be filtered upstream or downstream of the pump 11 which transports the effluent to a storage tank 12.
  • a pump 13 discharges the effluent by projecting it by spray means 4 onto the meshes of the evaporation panels 3. Thanks to the fan 7, a gas circulation is established and controlled between 5 gas admissions warm or 5 'of ambient air and outlet 8, passing through the panels where the effluent partly evaporates.
  • the part of the liquid effluent not evaporated is collected by the gutter 9 and returned to the basin 12 via line 14 to be recycled in the evaporation circuit.
  • a tray auxiliary 15, equipped with a pump 16 can contain a bactericide which can be used to clean the mesh of panels at regular intervals evaporation.
  • the 5 admissions are schematically connected on this figure to a source 17 of hot and relatively dry gas. 5 'admissions represent inlets of ambient air. So the evaporating gas can be temperature regulated by the mixture of hot gas and ambient air.
  • Figure 3A describes more precisely the heat input means to the evaporating gas at the inlet of the module so that the hot gas has a regulated temperature between 25 ° and 45 ° C approximately, that is to say in condition natural, but optimal evaporation.
  • Reference 18 denotes the supply of biogas to a heat engine 19 which generally drives an electricity generator. Biogas comes from the fermentation of waste. This gas is collected by a specific installation and used as fuel in the engine 19.
  • the module 1 is equipped at the intake at least one ambient air inlet 20 and a gas injector or distributor hot 21. This device is more precisely described in FIG. 4.
  • the injector 21 is connected by a line 22 to the outlet of the exhaust gas 23 from the heat engine 19.
  • a bypass and flow control device 24 allows to regulate the injection gas flow rate having a temperature of several hundred degrees. This regulation can be controlled by a temperature sensor installed in the module, or more simply consist in manual adjustment insofar as the invention does not necessarily require a precise temperature value, but within a relatively wide range, for example between 20 ° and 45 ° C.
  • the volume of exhaust gas is mixed with the intake of module with ambient air entering through inlets 20. In addition, gases exhaust are washed by the effluent as they pass through the mesh of the evaporation panels.
  • FIG. 4 illustrates an example of a gas injector or distributor.
  • a pipe 25, closed at both ends, comprises a series of tubes 26 welded perpendicularly to form the teeth of a comb. These tubes 26 are perforated by a series of orifices 27 allowing the ejection of the hot gas.
  • a lateral opening 28 is connected to the supply line 22 exhaust gases.
  • the length of line 25 corresponds generally the length of the module and the length of the tubes 26 to the height of the closed module.
  • FIG. 3B describes another variant of supply of heat energy to the evaporation gas.
  • a heat engine 19 is supplied with biogas 18 and the exhaust 23 is here free.
  • a cooling, air or water is essential to control the temperature of the mechanical parts of the engine.
  • An external system 29 uses engine coolant as an energy source thermal sent into an exchanger 30 placed at the inlet of the so that the ambient air entering through one or other of the 20 inlets is heats up in contact with the walls of the exchanger 30.
  • the pipes 31 and 32 diagram the lines of the coolant circuit respectively leaving and entering a distributor 33 which regulates the circulation of the hot fluid through other pipes 34 and 35 in the exchanger 30. Thanks to this device, the ambient air collects the heat energy supplied indirectly by the combustion of biogas in the heat engine to adjust the evaporating gas temperature.

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Abstract

  • Dispositif et un procédé pour concentrer par évaporation un effluent aqueux sous l'effet d'une circulation d'un gaz d'évaporation à travers au moins un panneau alvéolaire arrosé par ledit effluent.
  • Selon l'invention, on effectue les étapes suivantes: on place le panneau (3) dans une enceinte fermée, on effectue dans l'enceinte une circulation forcée du gaz d'évaporation entre des moyens d'admission (5,5') et de sortie du gaz (8), le panneau étant intercalé entre l'admission et la sortie de façon que le gaz passe à travers le panneau (3), on équipe les moyens d'admission (5,5') de moyens d'apport d'énergie calorifique de façon que le gaz ait une température comprise entre environ 25°C et 45°C.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour assurer par évaporation la concentration de liquides aqueux, par exemple des lixiviats d'ordures ménagères et de mâchefers.
L'évaporation naturelle est un processus spontané de conversion de chaleur en énergie latente à l'interface eau/air. Pour des conditions atmosphériques données, le rythme d'évaporation est proportionnel à la superficie de l'interface eau/air.
On connaít le document FR 2717098 qui décrit un procédé et un dispositif de mise en oeuvre pour la déshydratation par évaporation sous l'action d'un vent naturel. Cette technique, qui présente notamment les avantages d'une relative simplicité, obtient des performances qui sont directement fonction des conditions météorologiques locales : température ambiante et force des vents.
La présente invention utilise le concept d'un module d'évaporation fermé dont la circulation d'un gaz chaud d'évaporation est assurée par des moyens mécaniques, le gaz chaud provenant de l'utilisation directe ou indirecte d'une source voisine, biomasse, brûleurs, échappement de moteurs thermiques, etc.
Ce procédé peut présenter les avantages suivants : une efficacité pratiquement indépendante des conditions météorologiques locales, une optimisation du fonctionnement du module, un lavage des gaz de rejet.
Ainsi, la présente invention concerne un procédé pour concentrer par évaporation un effluent aqueux sous l'effet d'une circulation d'un gaz d'évaporation à travers au moins un panneau alvéolaire arrosé par ledit effluent. Dans le procédé, on effectue les étapes suivantes:
  • on place le panneau dans une enceinte fermée,
  • on effectue dans l'enceinte une circulation forcée du gaz d'évaporation entre des moyens d'admission et de sortie du gaz, le panneau étant intercalé entre l'admission et la sortie de façon que le gaz passe à travers le panneau,
  • on équipe les moyens d'admission de moyens d'apport d'énergie calorifique de façon que le gaz ait une température comprise entre environ 25°C et 45°C.
On peut réguler la température du gaz d'évaporation en injectant du gaz d'échappement provenant de la combustion d'un biogaz produit par fermentation de déchets.
On peut réguler la température du gaz d'évaporation utilisant un échangeur thermique dont l'énergie calorifique provient d'un fluide de refroidissement de moyens de combustion d'un biogaz produit par fermentation de déchets.
L'enceinte peut comporter des moyens d'aspiration du gaz contenu dans ladite enceinte, par exemple un ventilateur.
On peut filtrer sur des charbons actifs catalysés l'effluent et/ou le gaz d'évaporation.
La partie de l'effluent non évaporé peut être recyclée en amont de l'arrosage du panneau.
L'invention concerne également une installation de traitement par évaporation d'un effluent aqueux, comportant au moins un panneau alvéolaire arrosé par ledit effluent grâce à des moyens de pompage. L'installation comporte une enceinte fermée comprenant une admission et une sortie d'un gaz d'évaporation en circulation forcée dans ladite enceinte. Le panneau est disposé dans ladite enceinte entre l'admission et la sortie du gaz, et ladite admission comporte des moyens d'apport d'énergie calorifique de façon que ledit gaz ait une température comprise entre 25°C et 45°C.
Un ventilateur peut être disposé sur ladite enceinte pour effectuer la circulation forcée du gaz.
Un moteur thermique alimenté par du biogaz peut être une source de l'énergie calorifique.
Les gaz d'échappement dudit moteur thermique peuvent être injectés dans ladite admission de gaz.
Un échangeur peut équiper ladite admission et ledit échangeur peut utiliser l'énergie calorifique du fluide de refroidissement dudit moteur thermique, qu'il soit gaz ou liquide.
Le moteur thermique peut entraíner un générateur d'énergie électrique, laquelle peut être notamment utilisée pour motoriser le ventilateur de circulation de gaz, les pompes de circulation de fluides, les télécommandes de vannes.
L'enceinte peut comprendre des moyens de filtration de l'effluent non évaporé et/ou du gaz d'évaporation par des charbons actifs catalysés.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaítront plus clairement à la lecture des exemples suivants, nullement limitatifs, et illustrés par les figures ci-après annexées, parmi lesquelles:
  • La figure 1 décrit un module fermé d'évaporation accélérée.
  • La figure 2 illustre le schéma de principe de fonctionnement du procédé selon l'invention.
  • Les figures 3A et 3B décrivent la réalisation de deux moyens d'apport d'énergie calorifique au gaz d'évaporation.
  • La figure 4 représente un exemple de réalisation d'un distributeur de gaz chaud.
Sur la figure 1, la référence 1 désigne l'ensemble du module fermé d'évaporation. Un caisson principal 2, par exemple de forme parallélépipèdique ayant une base de dimensions d'environ 12 m sur 6 m et d'une hauteur d'environ 3 m, contient des panneaux d'évaporation 3. Les panneaux d'évaporation 3 sont de préférence du type de ceux décrits dans le document FR 2717098, cité ici en référence. Ils sont situés le long de deux des cotés du caisson, légèrement inclinés vers le centre pour recevoir l'aspersion de l'effluent liquide par des rampes d'aspersion 4 disposées coté admission du gaz évaporateur. Les références 5 et 5' désignent les moyens d'admission du gaz évaporateur qui traverse les panneaux évaporateurs aspergés par l'effluent à concentrer. Dans la partie centrale du caisson 1, on dispose de moyens d'aspiration du gaz évaporateur de façon à assurer un débit optimal à travers les panneaux d'évaporation. Ces moyens sont composés : d'un séparateur de gouttes 6, d'au moins un ventilateur 7, et d'un conduit de sortie de gaz 8, soit directement à l'air libre, soit vers une cheminée, ou parfois vers un système d'épuration. L'effluent liquide excédentaire s'écoule dans la gouttière 9. Afin de traiter les odeurs des effluents de lixiviats de décharge d'ordures ménagères, des charbons actifs catalysés peuvent être placés derrière la surface d'échange, à l'intérieur du module pour que les lixiviats non évaporés percolent à travers les charbons actifs et soient désodorisés.
Les évaluations théoriques de performance d'un module selon la figure 1, avec admission directe de l'air ambiant, donnent les résultats suivants:
  • à Nímes: 2200 m3/an;
  • à Besançon: 900 m3/an;
  • à Paris: 1200 m3/an.
Il est clair que les conditions climatiques : température moyenne ambiante et hygrométrie, sont des facteurs importants vis à vis des performances du module fermé.
Aussi, selon l'invention, le fait d'utiliser des sources, voisines de l'installation, en énergie calorifique permettant d'admettre dans le module un gaz chaud (entre 25°et 45°C) et sec, autorise des rendements intéressants quelque soit la région ou la saison.
Les performances évaluées ci-dessus correspondent à un module fermé selon les dimensions données plus haut, à une puissance des pompes d'arrosage de 3 kW/h, et à un diamètre de ventilateur de 4 m développant une puissance d'environ 7,5 kW. Ces dimensions ne sont pas limitatives de la présente invention.
La figure 2 décrit le schéma de principe de l'installation complète pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le bac 10 est destiné à recevoir l'effluent à traiter. L'effluent peut être filtré en amont ou en aval de la pompe 11 qui transporte l'effluent vers un bassin de stockage 12. Une pompe 13 refoule l'effluent en le projetant par des moyens d'aspersion 4 sur les mailles des panneaux d'évaporation 3. Grâce au ventilateur 7, une circulation de gaz est établie et contrôlée entre les admissions 5 de gaz chaud ou 5' d'air ambiant et la sortie 8, en traversant les panneaux d'évaporation où l'effluent s'évapore en partie. La partie de l'effluent liquide non évaporée est recueillie par la gouttière 9 et renvoyée dans le bassin 12 par la conduite 14 pour être recyclée dans le circuit d'évaporation. Un bac auxiliaire 15, équipé d'une pompe 16, peut contenir un bactéricide qui peut être utilisé pour nettoyer à intervalle régulier les mailles des panneaux d'évaporation. Les admissions 5 sont schématiquement raccordées sur cette figure à une source 17 de gaz chaud et relativement sec. Les admissions 5' représentent des entrées d'air ambiant. Ainsi, le gaz d'évaporation peut être régulé en température par le mélange gaz chaud et air ambiant.
La figure 3A décrit plus précisément les moyens d'apport calorifique au gaz d'évaporation à l'admission du module de façon que le gaz chaud ait une température régulée entre 25° et 45°C environ, c'est à dire en condition d'évaporation naturelle, mais optimale. La référence 18 désigne l'alimentation en biogaz d'un moteur thermique 19 qui généralement entraíne un générateur d'électricité. Le biogaz provient de la fermentation de déchets. Ce gaz est recueilli par une installation spécifique et utilisé comme carburant dans le moteur 19. Dans cette variante, le module 1 est équipé à l'admission d'au moins une entrée d'air ambiant 20 et d'un injecteur ou répartiteur de gaz chaud 21. Ce dispositif est plus précisément décrit par la figure 4. L'injecteur 21 est relié par une conduite 22 à la sortie des gaz d'échappement 23 du moteur thermique 19. Un dispositif de dérivation et de régulation de débit 24 permet de réguler le débit d'injection des gaz d'échappement ayant une température de plusieurs centaines de degrés. Cette régulation peut être asservie par une sonde de température installée dans le module, ou consister plus simplement à un réglage manuel dans la mesure où l'invention ne nécessite pas obligatoirement une valeur de température précise, mais comprise dans une fourchette relativement large, par exemple entre 20° et 45°C. Le volume de gaz d'échappement est mélangé à l'admission du module avec de l'air ambiant pénétrant par les entrées 20. De plus, les gaz d'échappement sont lavés par l'effluent lors de leur passage à travers les mailles des panneaux d'évaporation.
La figure 4 illustre un exemple d'injecteur ou répartiteur de gaz. Une canalisation 25, obturée à ses deux extrémités, comporte une série de tubes 26 soudés perpendiculairement pour former les dents d'un peigne. Ces tubes 26 sont perforés par d'une série d'orifices 27 permettant l'éjection du gaz chaud. Une ouverture latérale 28 est reliée à la conduite 22 d'amenée des gaz d'échappement. La longueur de la canalisation 25 correspond généralement à la longueur du module et la longueur des tubes 26 à la hauteur du module fermé.
La figure 3B décrit une autre variante d'apport d'énergie calorifique au gaz d'évaporation. Un moteur thermique 19 est alimenté en biogaz 18 et l'échappement 23 est ici libre. Comme tout moteur thermique, un système de refroidissement, à air ou à eau, est indispensable pour contrôler la température des organes mécaniques du moteur. Un système externe 29 utilise le fluide de refroidissement du moteur comme source d'énergie thermique envoyée dans un échangeur 30 placé à l'admission du module de manière que l'air ambiant entrant par l'une ou l'autre des admissions 20 se réchauffe au contact des parois de l'échangeur 30. Les conduites 31 et 32 schématisent les conduites du circuit du fluide de refroidissement respectivement sortant et entrant dans un distributeur 33 qui régule la circulation du fluide chaud par d'autres conduites 34 et 35 dans l'échangeur 30. Grâce à ce dispositif, l'air ambiant recueille l'énergie calorifique apportée indirectement par la combustion du biogaz dans le moteur thermique pour régler la température du gaz d'évaporation.
Ainsi, le procédé et l'installation pour la mise en oeuvre de ce procédé optimise doublement la dépollution, par exemple, des sites de traitement d'ordures ménagères:
  • Il permet de réguler, par apport d'énergie calorifique, l'évapo-concentration naturelle des effluents, tout en restant dans les normes de l'évaporation naturelle traditionnelle;
  • Il permet également de laver des gaz d'échappement tout en utilisant l'énergie calorifique qu'ils produisent.

Claims (13)

  1. Procédé pour concentrer par évaporation un effluent aqueux sous l'effet d'une circulation d'un gaz d'évaporation à travers au moins un panneau alvéolaire (3) arrosé par ledit effluent, dans lequel on effectue les étapes suivantes:
    on place ledit panneau (3) dans une enceinte fermée (2),
    on effectue dans ladite enceinte une circulation forcée dudit gaz d'évaporation entre des moyens d'admission (5, 5') et de sortie (8) du gaz, ledit panneau étant intercalé entre l'admission et la sortie de façon que ledit gaz passe à travers ledit panneau,
    on équipe lesdits moyens d'admission de moyens d'apport d'énergie calorifique (21, 30) de façon que ledit gaz ait une température comprise entre environ 25°C et 45°C.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on régule la température du gaz d'évaporation en injectant du gaz d'échappement provenant de la combustion d'un biogaz produit par fermentation de déchets.
  3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on régule la température du gaz d'évaporation utilisant un échangeur thermique (30) dont l'énergie calorifique provient d'un fluide de refroidissement de moyens de combustion d'un biogaz produit par fermentation de déchets.
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite enceinte comporte des moyens d'aspiration (7) du gaz contenu dans ladite enceinte, par exemple un ventilateur.
  5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on filtre sur des charbons actifs catalysés l'effluent et/ou le gaz d'évaporation.
  6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la partie de l'effluent non évaporé est recyclée en amont de l'arrosage du panneau.
  7. Installation de traitement par évaporation d'un effluent aqueux, comportant au moins un panneau alvéolaire (3) arrosé par ledit effluent grâce à des moyens de pompage (13), caractérisée en ce qu'une enceinte fermée (2) comprend une admission (5, 5') et une sortie (8) d'un gaz d'évaporation en circulation forcée dans ladite enceinte, en ce que ledit panneau est disposé dans ladite enceinte entre l'admission et la sortie du gaz, en ce que ladite admission comporte des moyens d'apport d'énergie calorifique (21, 30) de façon que ledit gaz ait une température comprise entre 25°C et 45°C.
  8. Installation selon la revendication 7, dans laquelle un ventilateur (7) disposé sur ladite enceinte effectue la circulation forcée du gaz.
  9. Installation selon l'une des revendications 7 ou 8, dans laquelle un moteur thermique (19) alimenté par du biogaz est une source de l'énergie calorifique.
  10. Installation selon la revendication 9, dans laquelle les gaz d'échappement dudit moteur thermique sont injectés dans ladite admission de gaz.
  11. Installation selon la revendication 9, dans laquelle un échangeur équipe ladite admission et en ce que ledit échangeur utilise l'énergie calorifique du fluide de refroidissement dudit moteur thermique, qu'il soit gaz ou liquide.
  12. Installation selon l'une des revendications 9 à 11, dans laquelle ledit moteur thermique entraíne un générateur d'énergie électrique, laquelle est notamment utilisée pour motoriser le ventilateur de circulation de gaz, les pompes de circulation de fluides, les télécommandes de vannes.
  13. Installation selon l'une des revendications 7 à 12, dans laquelle ladite enceinte comprend des moyens de filtration de l'effluent non évaporé et/ou du gaz d'évaporation par des charbons actifs catalysés.
EP00400944A 1999-05-12 2000-04-06 Procédé et dispositif pour la concentration par évaporation accélérée de rejets aqueux Expired - Lifetime EP1052004B1 (fr)

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FR9906145A FR2793423B1 (fr) 1999-05-12 1999-05-12 Procede et dispositif pour la concentration par evaporation acceleree de rejets aqueux

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EP (1) EP1052004B1 (fr)
AT (1) ATE329671T1 (fr)
DE (1) DE60028653D1 (fr)
ES (1) ES2265888T3 (fr)
FR (1) FR2793423B1 (fr)
PT (1) PT1052004E (fr)
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